近年來，世界各國(guó)正以前所未有的速度推進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。國(guó)際氫能委員會(huì)與麥肯錫聯(lián)合發(fā)布的報(bào)告顯示，目前已有30多個(gè)國(guó)家和地區(qū)發(fā)布了氫能發(fā)展路線圖，到2030年，全球在氫能項(xiàng)目上的投資將達(dá)到3000億美元。
氫能是由氫元素在物理與化學(xué)變化過程中釋放的能量。氫氣和氧氣可以通過燃燒產(chǎn)生熱能，也可以通過燃料電池轉(zhuǎn)化成電能。氫氣不僅來源廣泛，還具有導(dǎo)熱良好、清潔無毒和單位質(zhì)量熱量高等優(yōu)點(diǎn)，相同質(zhì)量下所含熱量約是汽油的3倍，是石油化工重要原料和航天火箭動(dòng)力燃料。隨著應(yīng)對(duì)氣候變化、實(shí)現(xiàn)碳中和的呼聲日益高漲，氫能在改變?nèi)祟惸茉大w系方面被寄予厚望。
氫能之所以備受青睞，不僅在于其釋放過程中的零碳排放，還在于氫氣可作為儲(chǔ)能載體，彌補(bǔ)可再生能源波動(dòng)性、間歇性等短板，促進(jìn)后者的大規(guī)模發(fā)展。比如，德國(guó)政府正在推動(dòng)的“電力轉(zhuǎn)化氣體”技術(shù)，通過制取氫氣來存儲(chǔ)不能及時(shí)利用的風(fēng)電、太陽能發(fā)電等清潔電力，并將氫氣長(zhǎng)距離輸運(yùn)以進(jìn)一步有效利用。除了氣態(tài)，氫氣還能以液態(tài)或固態(tài)氫化物出現(xiàn)，具有多種儲(chǔ)運(yùn)方式。作為難得的“耦合劑”型能源，氫能既可實(shí)現(xiàn)電力和氫氣之間的靈活轉(zhuǎn)化，又能搭建“橋梁”實(shí)現(xiàn)電、熱、冷乃至固體、氣體、液體燃料的互聯(lián)互通，構(gòu)建更加清潔高效的能源體系。
形式多樣的氫能有著多元的應(yīng)用場(chǎng)景。截至2020年底，全球氫燃料電池汽車保有量較上一年度增加38%。氫能的大規(guī)模應(yīng)用正從汽車領(lǐng)域逐步拓展至其他交通、建筑和工業(yè)等領(lǐng)域。應(yīng)用在軌道交通和船舶上，氫能可降低長(zhǎng)距離、高負(fù)荷交通運(yùn)輸對(duì)傳統(tǒng)油氣燃料的依賴，比如去年初，日本豐田公司開發(fā)并交付了首批海洋船舶的氫燃料電池系統(tǒng)。應(yīng)用于分布式發(fā)電，氫能可為家庭住宅、商業(yè)建筑供電供暖。氫能還可直接為石化、鋼鐵、冶金等化工行業(yè)提供高效原料、還原劑和高品質(zhì)熱源，有效減少碳排放。
不過，氫能作為一種二次能源，“得來”并不容易。氫元素在地球上主要以化合物的形式存在于水和化石燃料中，現(xiàn)有制氫技術(shù)大多依賴化石能源，無法避免碳排放。目前，可再生能源制氫技術(shù)正在逐步成熟，可以通過可再生能源發(fā)電再電解水來制取零碳排放的氫氣?？茖W(xué)家還在探索太陽能光解水制氫、生物質(zhì)制氫等新型制氫技術(shù)，清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院研發(fā)的核能制氫技術(shù)預(yù)計(jì)10年后啟動(dòng)示范。此外，氫能產(chǎn)業(yè)鏈還包括儲(chǔ)運(yùn)、加注、應(yīng)用等環(huán)節(jié)，也都面臨著技術(shù)挑戰(zhàn)和成本制約。以儲(chǔ)運(yùn)為例，氫氣在常溫常壓下密度低、易泄漏，與鋼材長(zhǎng)期接觸會(huì)使后者發(fā)生“氫脆”而破損，儲(chǔ)存和運(yùn)輸比煤炭、石油、天然氣都要困難得多。
當(dāng)下，許多國(guó)家圍繞全新氫能各環(huán)節(jié)的研究正如火如荼地展開，技術(shù)難關(guān)在加緊攻克。隨著氫能生產(chǎn)和儲(chǔ)運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模不斷擴(kuò)大，氫能成本也有較大下降空間。有研究表明，預(yù)計(jì)到2030年，氫能產(chǎn)業(yè)鏈整體成本將下降一半。我們期待，氫能社會(huì)將加速到來。
(作者為清華大學(xué)能源環(huán)境經(jīng)濟(jì)研究所、清華大學(xué)—張家港氫能與先進(jìn)鋰電技術(shù)聯(lián)合研究中心副研究員)
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